Ładowanie w podróży: innowacyjna odzież zamieniająca ciepło w energię elektryczną
Wraz ze wzrostem popularności urządzeń do noszenia i Internetu rzeczy, niezbędne jest zrównoważone rozwiązanie do zasilania urządzeń bezprzewodowych i czujników. Można wykorzystać generatory termoelektryczne, które przekształcają ciepło odpadowe w energię elektryczną. Zespół badawczy kierowany przez Masakazu Nakamurę z Nara Institute of Science and Technology (NAIST) w Japonii pracuje nad elastycznymi, nadającymi się do noszenia generatorami termoelektrycznymi. Odbywa się to za pomocą nanorurek węglowych (CNT), które są wszyte w tkaninę.
Efektywne materiały termoelektryczne wytwarzają napięcie na skutek różnic temperatur. Nanorurki węglowe spełniają większość niezbędnych wymagań. Ich elastyczność i wysoka wytrzymałość mechaniczna również czynią z nich obiecujące zastosowanie. Jednak wysoka przewodność cieplna CNT ogranicza ich wydajność termoelektryczną. Aby zmniejszyć przewodność cieplną, rury są rozpraszane w roztworze i łączone z innymi materiałami. Powstały materiał jest wykorzystywany do tworzenia przędzy w procesie przędzenia na mokro. Jednak konwencjonalne metody dyspersji często plączą włókna o grubości nanometrów, co zmniejsza ich przewodność elektryczną i wydajność termoelektryczną.
W badaniu opublikowanym w ACS Applied Nano Materials, Nakamura wraz ze studentem An N. Nguyen i inni przedstawiciele NAIST opracowali nową metodę dyspergowania CNT. Dzięki zastosowaniu gliceryny jako środka dyspergującego i eteru polioksyetylen(50) stearylowego jako środka powierzchniowo czynnego (stosowanego w celu poprawy właściwości rozprowadzania i zwilżania cieczy), naukowcy wyprodukowali tkaninę, która jest dopuszczalna do użytku.
“Wprowadzamy tanią, szybką i przyjazną dla środowiska metodę opracowywania elastycznych, nadających się do noszenia urządzeń termoelektrycznych typu tkaninowego” – mówi Nakamura.
Gliceryna ma wysoką lepkość, co czyni ją doskonałym medium do jednorodnej dyspersji, a środek powierzchniowo czynny zapobiega gromadzeniu się CNT w dyspersji. Środki powierzchniowo czynne z grupami oksyetylenowymi również zapobiegają przenoszeniu ciepła.
Stężenie środka powierzchniowo czynnego ma kluczowe znaczenie, ponieważ wpływa zarówno na przewodność cieplną, jak i elektryczną dyspersji. W procesie, który trwał zaledwie trzy godziny i wykorzystywał przyjazne dla środowiska chemikalia, wytworzono przędzę CNT z dobrze wyrównanymi wiązkami o średnicy 8 nm z surfaktantem pomiędzy nimi. Wyrównanie CNT zazwyczaj zwiększa zarówno przewodność elektryczną, jak i cieplną. Jednakże, umieszczając cząsteczki środka powierzchniowo czynnego pomiędzy wiązkami, naukowcy byli w stanie powstrzymać transfer ciepła. Tak więc, proponowane nowe podejście jest obiecujące dla poprawy właściwości termoelektrycznych nanorurek węglowych i materiałów z nich wykonanych, od filamentów po folie i struktury masowe.
